Ako vypočítať parciálny tlak?

Na výpočet parciálneho tlaku začnite aplikovaním rovnice k = PV na spracovanie plynu ako ideálneho plynu podľa Boyleovho zákona. Potom rovnicu preveďte na Kelviny, ak ešte nie je, pripočítaním 273 k teplote v stupňoch Celzia. Potom, čo ste to urobili, začnite zisťovať parciálny tlak každého plynu pomocou vzorca P = nRT/V. Ak existuje viac ako 1 plyn, mali by ste použiť Daltonov zákon parciálnych tlakov zapojením parciálneho tlaku každého plynu do rovnice Ptotal = P1 + P2 + P3. Ak sa chcete dozvedieť, ako nájsť parciálny tlak tak, že najskôr zistíte celkový tlak, čítajte ďalej!

Edmund Čaplovič
Edmund Čaplovič
• 12 min čítanie
Alebo môžete najskôr nájsť celkový tlak
Potom môžete tieto parciálne tlaky sčítať a nájsť celkový tlak plynnej zmesi, alebo môžete najskôr nájsť celkový tlak a potom nájsť parciálne tlaky.

V chémii sa pod pojmom „parciálny tlak“ rozumie tlak, ktorý každý plyn v zmesi plynov vyvíja na svoje okolie, ako je banka na vzorky, vzduchová nádrž potápača alebo hranica atmosféry. Môžete vypočítať tlak každého plynu v zmesi, ak viete, koľko ho obsahuje, aký objem zaberá a akú teplotu má. Potom môžete tieto parciálne tlaky sčítať a nájsť celkový tlak plynnej zmesi, alebo môžete najskôr nájsť celkový tlak a potom nájsť parciálne tlaky.

Časť 1 z 3: pochopenie vlastností plynov

  1. 1
    S každým plynom zaobchádzajte ako s „ideálnym“ plynom. Ideálny plyn, v chémii, je ten, ktorý spolupracuje s ďalšími plynmi, aby boli priťahované k molekule. Jednotlivé molekuly sa môžu navzájom biť a odrážať sa ako biliardové gule bez toho, aby boli akýmkoľvek spôsobom zdeformované.
    • Tlaky ideálnych plynov sa zvyšujú, keď sú stlačené do menších priestorov, a znižujú sa, keď expandujú do väčších oblastí. Tento vzťah sa nazýva Boyleov zákon podľa Roberta Boylea. Matematicky sa zapíše ako k = P x V alebo jednoduchšie k = PV, kde k predstavuje konštantný vzťah, P predstavuje tlak a V predstavuje objem.
    • Tlaky je možné udávať pomocou jednej z niekoľkých možných jednotiek. Jedným z nich je pascal (Pa), definovaný ako sila jedného newtonu pôsobiaca na meter štvorcový. Ďalšou je atmosféra (atm), definovaná ako tlak zemskej atmosféry na hladine mora. Tlak 1 atm sa rovná 101325 Pa.
    • Teploty ideálnych plynov sa zvyšujú so zvyšovaním ich objemov a znižujú ich znižovaním. Tento vzťah sa nazýva Charleov zákon podľa Jacquesa Charlesa. Matematicky sa zapíše ako k = V / T, kde k predstavuje konštantný vzťah medzi objemom a teplotou, V opäť predstavuje objem a T predstavuje teplotu.
    • Teploty plynov v tejto rovnici sú uvedené v stupňoch Kelvina, ktoré sa zistia pripočítaním 273 k počtu stupňov Celzia v teplote plynu.
    • Tieto dva vzťahy je možné zlúčiť do jednej rovnice: k = PV / T, ktorú je možné zapísať aj ako PV = kT.
  2. 2
    Definujte veličiny, v ktorých sa plyny merajú. Plyny majú hmotnosť aj objem. Objem sa zvyčajne meria v litroch (l), existujú však dva druhy hmotnosti.
    • Bežná hmotnosť sa meria v gramoch alebo, ak existuje dostatočne veľká hmotnosť, v kilogramoch.
    • Vzhľadom na to, ako ľahké plyny zvyčajne sú, sa merajú aj inou formou hmotnosti, ktorá sa nazýva molekulová hmotnosť alebo molárna hmotnosť. Molárna hmotnosť je definovaná ako súčet atómových hmotností každého atómu v zlúčenine, z ktorej je plyn zložený, pričom každý atóm je porovnaný so štandardnou hodnotou 12 pre molárnu hmotnosť uhlíka.
    • Pretože sú atómy a molekuly príliš malé na to, aby sa s nimi dalo pracovať, množstvo plynov je definované v moloch. Počet mólov prítomných v danom plyne sa dá zistiť vydelením hmotnosti molárnou hmotnosťou a môže byť reprezentovaný písmenom n.
    • Ľubovoľnú konštantu k v plynovej rovnici môžeme nahradiť súčinom n, počtu mólov (mol) a novej konštanty R. Rovnicu je teraz možné zapísať nR = PV/T alebo PV = nRT.
    • Hodnota R závisí od jednotiek používaných na meranie tlaku, objemu a teploty plynov. Pre objem v litroch, teplotu v stupňoch Kelvina a tlak v atmosfére je jeho hodnota 0,0821 L atm/K mol. To môže byť tiež zapísané 0,0821 L atm K -1 mol -1, aby sa zabránilo použitiu deliacej lomky s mernými jednotkami.
  3. 3
    Pochopte daltonov zákon parciálnych tlakov. Vyvinutý chemikom a fyzikom Johnom Daltonom, ktorý ako prvý rozvinul koncept chemických prvkov tvorených atómami, Daltonov zákon uvádza, že celkový tlak plynnej zmesi je súčtom tlakov každého z plynov v zmesi.
    • Daltonov zákon možno napísať v tvare rovnice ako P súčet = P 1 + P 2 + P 3... s toľkými aditívami za znamienkom rovnosti, koľko plynov je v zmesi.
    • Rovnicu Daltonovho zákona je možné rozšíriť pri práci s plynmi, ktorých jednotlivé parciálne tlaky nie sú známe, ale pre ktoré poznáme ich objemy a teploty. Parciálny tlak plynu je rovnaký tlak, ako keby rovnaké množstvo tohto plynu bolo jediným plynom v nádobe.
    • Pre každý z parciálnych tlakov môžeme prepísať rovnicu ideálneho plynu tak, že namiesto tvaru PV = nRT môžeme mať na ľavej strane znamienka rovnosti iba P. Aby sme to urobili, rozdeľujeme obe strany V: PV/V = nRT/V. Dve V na ľavej strane sa zrušia a ponechajú P = nRT/V.
    • Potom môžeme nahradiť každé predplatené P na pravej strane rovnice parciálnych tlakov: P total = (nRT/V) 1 + (nRT/V) 2 + (nRT/V) 3...
Ako môžem vypočítať parciálny tlak 79% dusíka
Ako môžem vypočítať parciálny tlak 79% dusíka, 21% kyslíka a o.o38 CO2 v atmosfére?

Časť 2 z 3: výpočet parciálnych a potom celkových tlakov

  1. 1
    Definujte rovnicu parciálneho tlaku pre plyny, s ktorými pracujete. Na účely tohto výpočtu budeme predpokladať, že 2-litrová banka obsahuje 3 plyny: dusík (N 2), kyslík (O 2) a oxid uhličitý (CO 2). Každý plyn obsahuje 10 g a teplota každého plynu v banke je 37°C (98, -14°C). Musíme nájsť parciálny tlak pre každý plyn a celkový tlak, ktorý zmes plynov vyvíja v nádobe.
    • Naša rovnica parciálneho tlaku sa stane P celkom = P dusík + P kyslík + P oxid uhličitý.
    • Pretože sa pokúšame nájsť tlak, ktorý každý plyn vyvíja, poznáme objem a teplotu a na základe hmotnosti vieme zistiť, koľko mólov každého plynu je prítomných, môžeme túto rovnicu prepísať ako: P total = (nRT/V) dusík + (nRT/V) kyslík + (nRT/V) oxid uhličitý
  2. 2
    Prepočítajte teplotu na stupne Kelvina. Teplota Celzia je 37 stupňov, takže pridáme 273 až 37, aby sme získali 310 stupňov K.
  3. 3
    Zistite počet mólov každého plynu prítomného vo vzorke. Počet mólov plynu je hmotnosť tohto plynu vydelená jeho molárnou hmotnosťou, o ktorej sme povedali, že je súčtom atómových hmotností každého atómu v zlúčenine.
    • Pre náš prvý plyn, dusík (N 2), má každý atóm atómovú hmotnosť 14. Pretože je dusík dvojatómový (tvorí dvojatómové molekuly), musíme vynásobiť 14 číslicami 2, aby sme zistili, že dusík v našej vzorke má molárna hmotnosť 28. Hmotnosť v gramoch, 10 g, potom rozdelíme na 28, aby sme získali počet mólov, ktorý pri zaokrúhlení na najbližšiu desatinu priblížime ako 0,4 mol dusíka.
    • Pokiaľ ide o náš druhý plyn, kyslík (O 2), každý atóm má atómovú hmotnosť 16. Kyslík je tiež dvojatómový, takže vynásobíme 16 dvoma, aby sme zistili, že kyslík v našej vzorke má molárnu hmotnosť 32. Delenie 10 g na 32 dáva nám v našej vzorke približne 0,3 mol kyslíka.
    • Náš tretí plyn, oxid uhličitý (CO 2), má 3 atómy: jeden z uhlíka s atómovou hmotnosťou 12; a dva kyslíka, každý s atómovou hmotnosťou 16. Pridáme tri hmotnosti: 12 + 16 + 16 = 44 ako molárnu hmotnosť. Delenie 10 g na 44 nám poskytne približne 0,2 mol oxidu uhličitého.
  4. 4
    Pripojte hodnoty pre moly, objem a teplotu. Naša rovnica teraz vyzerá takto: P súčet = (0,4 * R * 310/2) dusík + (0,3 * R * 310/2) kyslík + (0,2 * R * 310/2) oxid uhličitý.
    • Pre jednoduchosť sme vynechali merné jednotky sprevádzajúce hodnoty. Tieto jednotky sa po dokončení matematiky zrušia a ponechajú iba mernú jednotku, v ktorej uvádzame tlaky.
  5. 5
    Zapojte hodnotu pre konštantu R. Budeme uvádzať parciálne a celkové tlaky v atmosférach, preto použijeme hodnotu R pre 0,0821 L atm/K mol. Po vložení tejto hodnoty do rovnice dostaneme P celkový = (0,4 * 0,0821 * 310/2) dusík + (0,3 * 0,0821 * 310/2) kyslík + (0,2 * 0,0821 * 310/2) oxid uhličitý.
  6. 6
    Vypočítajte parciálne tlaky pre každý plyn. Teraz, keď máme hodnoty na mieste, je čas urobiť matematiku.
    • Pre parciálny tlak dusíka vynásobíme 0,4 mol našou konštantou 0,0821 a našou teplotou 310 stupňov K, potom vydelíme 2 litrami: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5,09 atm, približne.
    • Pre parciálny tlak kyslíka vynásobíme 0,3 mol našou konštantou 0,0821 a teplotou 310 stupňov K, potom vydelíme 2 litrami: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3,82 atm, približne.
    • Pre parciálny tlak oxidu uhličitého vynásobíme 0,2 mol našou konštantou 0,0821 a našou teplotou 310 stupňov K, potom vydelíme 2 litrami: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 bankomat, približne.
    • Teraz sčítame tieto tlaky, aby sme zistili celkový tlak: P celkový = 5,09 + 3,82 + 2,54 alebo 11,45 atm, približne.
Na výpočet parciálneho tlaku začnite aplikovaním rovnice k = PV na spracovanie plynu ako ideálneho plynu
Na výpočet parciálneho tlaku začnite aplikovaním rovnice k = PV na spracovanie plynu ako ideálneho plynu podľa Boyleovho zákona.

Časť 3 z 3: výpočet celkových, potom parciálnych tlakov

  1. 1
    Definujte rovnicu parciálneho tlaku ako predtým. Opäť budeme predpokladať 2-litrovú banku s 3 plynmi: dusík (N 2), kyslík (O 2) a oxid uhličitý (CO 2). Každý plyn obsahuje 10 g a teplota každého plynu v banke je 37°C (98, -14°C).
    • Kelvinova teplota bude stále 310 stupňov a ako predtým máme k dispozícii približne 0,4 mol dusíka, 0,3 mol kyslíka a 0,2 mol oxidu uhličitého.
    • Rovnako tak budeme stále uvádzať tlaky v atmosférach, takže pre konštantu R použijeme hodnotu 0,0821 L atm/K mol.
    • Naša rovnica parciálnych tlakov teda v tomto bode stále vyzerá rovnako: P celkom = (0,4 * 0,0821 * 310/2) dusík + (0,3 * 0,0821 * 310/2) kyslík + (0, 2 * 0,0821 * 310/2) oxid uhličitý.
  2. 2
    Pridajte počet mólov každého plynu vo vzorke, aby ste zistili celkový počet mólov v zmesi plynov. Pretože objem a teplota sú rovnaké pre každú vzorku v plyne, nehovoriac o tom, že každá molárna hodnota je vynásobená rovnakou konštantou, môžeme použiť distribučnú vlastnosť matematiky na prepis rovnice ako P total = (0,4 + 0, 3 + 0,2) * 0,0821 * 310/2.
    • Sčítanie 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 mol plynnej zmesi. To ďalej zjednodušuje rovnicu na P súčet = 0,9 * 0,0821 * 310/2.
  3. 3
    Zistite celkový tlak zmesi plynov. Násobenie 0,9 * 0,0821 * 310/2 = 11,45 mol, približne.
  4. 4
    Nájdite podiel každého plynu na celkovej zmesi. Za týmto účelom rozdeľte počet mólov každého plynu na celkový počet mólov.
    • Vo vzorke je 0,4 mol dusíka, takže 0,4/0,9 = 0,44 (44 percent) vzorky.
    • Vo vzorke je 0,3 mol dusíka, takže 0,3/0,9 = 0,33 (33 percent) vzorky.
    • Vo vzorke je 0,2 mol oxidu uhličitého, takže 0,2/0,9 = 0,22 (22 percent) vzorky.
    • Aj keď vyššie uvedené približné percentuálne podiely predstavujú iba 0,99, skutočné desatinné miesta sa opakujú, takže súčet by v skutočnosti predstavoval opakujúcu sa sériu 9 s za desatinnou čiarkou. Podľa definície je to rovnaké ako 1 alebo 100 percent.
  5. 5
    Vynásobte proporcionálne množstvo každého plynu celkovým tlakom, aby ste našli parciálny tlak.
    • Násobenie 0,44 * 11,45 = 5,04 atm, približne.
    • Násobenie 0,33 * 11,45 = 3,78 atm, približne.
    • Násobenie 0,22 * 11,45 = 2,52 atm, približne.
Naša rovnica parciálneho tlaku sa stáva Ptotal = Pnitrogen + Kyslík + Oxid uhličitý
Naša rovnica parciálneho tlaku sa stáva Ptotal = Pnitrogen + Kyslík + Oxid uhličitý.

Tipy

  • Mierny rozdiel v hodnotách si všimnete najskôr od zistenia parciálnych tlakov, potom od celkového tlaku a od zistenia celkového tlaku, potom od parciálnych tlakov. Uvedené hodnoty boli uvedené ako približné hodnoty kvôli zaokrúhleniu na 1 alebo 2 desatinné miesta, aby boli hodnoty zrozumiteľnejšie. Ak výpočty vypracujete sami pomocou kalkulačky bez zaokrúhľovania, všimnete si buď menší rozpor medzi týmito dvoma metódami, alebo žiadny.

Varovania

  • Znalosť čiastočných tlakov plynov sa môže pre potápačov stať otázkou života alebo smrti. Príliš nízky parciálny tlak kyslíka môže viesť k bezvedomiu a smrti, naopak príliš vysoký parciálny tlak dusíka alebo kyslíka môže byť tiež toxický.

Veci, ktoré budete potrebovať

  • Kalkulačka
  • Príručka pre atómové hmotnosti/molárne hmotnosti
Prečítajte si tiež: Ako zbierať vodík?

Otázky a odpovede

  • Objem nádoby s dvoma plynmi hélium a argónom je 30,0% objemu. Aký je čiastočný tlak vo vnútri nádoby pri 4,00 atm?
    Použite zákon parciálnych tlakov (P_celok = P_He + P_Ar) so zákonom ideálneho plynu (PV = nRT).
  • Aký je parciálny tlak každého plynu so zmesou 2 mólov H2, 4 mólov NO2 a 6 mólov CO2, ktorá má celkový tlak 1200 Torr?
    Použite zákon parciálnych tlakov (P_total = P_H2 + P_NO2 + P_CO2) so zákonom ideálneho plynu (PV = nRT).
  • Koľko molekúl je v 3,46 gramovej vzorke chlorovodíka?
    Chlorovodík sa skladá z jedného atómu vodíka a jedného atómu chlóru. Molárnu hmotnosť HCl môžete nájsť pripočítaním molárnych hmotností vodíka a chlóru, čo vám poskytne počet mólov HCl na gram. Použite to na prevod z gramov na móly.
  • Plynová fľaša z polovice argónu a z polovice hélia má celkový tlak 1,11. Aký je parciálny tlak každého plynu?
    Využite zákon parciálnych tlakov (P_total = P_Ar + P_He) so zákonom ideálneho plynu (PV = nRT).
  • Aký je parciálny tlak kyslíka v nádobe, ktorá obsahuje 2,0 mol kyslíka, 3,0 mol dusíka a 1,0 mol oxidu uhličitého, keď je celkový tlak 900 Torr?
    Použite zákon parciálnych tlakov (P_celok = P_O + P_N + P_CO2) spolu so zákonom ideálneho plynu, PV = nRT.
  • Ako vypočítam tlak pred vytvorením roztoku?
    Ak poznáte objem plynu a vzťah objemu tohto plynu k tlaku, potom môžete vypočítať počiatočný tlak (tj. Tlak pred vytvorením roztoku) pomocou rovnice pre Boyleov zákon obsiahnutej v článku.
  • Ako zistím čiastočný tlak?
    Použite rovnicu parciálny tlak = P1+P2+P3 a toto číslo je odpoveďou na vašu otázku.
Nezodpovedané otázky
  • Ako môžem vypočítať parciálny tlak 79% dusíka, 21% kyslíka a o.o38 CO2 v atmosfére?

Komentáre (1)

  • etela14
    Páči sa mi, ako je ľahké porozumieť všetkým implementovaným diagramom.

Prečítajte si tiež:

  1. Ako kalibrovať a používať pH meter?
  2. Ako neutralizovať bielidlo?
  3. Ako zistiť počet protónov, neutrónov a elektrónov
Súvisiace články
  1. Ako vypočítať pórovitosť?Uršuľa Malíková
  2. Ako určiť skríning konštantného a účinného jadrového náboja?Viktor Stodola
  3. Ako nájsť atómové číslo?Perla Nemcová
  4. Ako vyrobiť aerogél?MUDr. Kazimír Szabó
  5. Ako nakupovať tekutý dusík?Viktor Stodola
  6. Ako nájsť molekulárny vzorec?Petra Holubová
FacebookTwitterInstagramPinterestLinkedInGoogle+YoutubeRedditDribbbleBehanceGithubCodePenWhatsappEmail